12.8.2. Расчёт отстойника

Для расчёта необходимого количества отстойников необходимо определить минимальный диаметр аппарата и минимальную длину зоны отстоя.

Минимальный диаметр отстойника для обеспечения ламинарного течения эмульсии ( ) определяется по формуле:

, м

где V_вх – объемный расход эмульсии на входе в отстойник, м³/с;

плотность эмульсии, кг/м³;

динамическая вязкость эмульсии, Па∙с;

функция относительной высоты водяной подушки в зоне отстоя:

,

где относительная высота водяной подушки, м;

высота водяной подушки, м;

радиус отстойника, м.

Установлено, что пропускная способность отстойника максимальна при . Тогда .

Из материального баланса стадии предварительного обезвоживания нефти следует, что в аппарат поступает эмульсия в количестве .

Плотность эмульсии (см. п. 12.8.1).

Объёмный расход эмульсии:

Вязкость эмульсии (см. п. 12.8.1).

Минимальный диаметр отстойника будет составлять:

Расчёт показал, что для обеспечения ламинарного движения эмульсии необходим минимальный диаметр отстойника 3,52 м. Но максимальный диаметр стандартного отстойника составляет только 3,4 м, поэтому для обеспечения ламинарного режима необходимо разделить входящий поток на два параллельных потока. Тогда расход эмульсии для одного потока будет составлять:

Минимальная длина зоны отстоя для обеспечения необходимого времени осаждения капель воды определяется по формуле:

где h_oc – высота зоны отстоя, м;

средняя горизонтальная скорость движения эмульсии в аппарате, м/с;

скорость стеснённого осаждения капель воды, м/с.

Высота зоны отстоя h_oc определяется следующим образом. Ранее было установлено, что:

При стандартном диаметре отстойника D = 3,4 м его радиус составит:

м

Высота водяной подушки:

м

Высота зоны отстоя:

Средняя горизонтальная скорость движения эмульсии определяется как среднее арифметическое скоростей на входе и выходе:

где и - объёмный расход эмульсии на входе в аппарат и на выходе из него, м³/с;

S – площадь поперечного сечения для прохода эмульсии в аппарате, м².

В нашем случае .

Из материального баланса стадии предварительного обезвоживания следует, что суммарный массовый расход эмульсии на выходе составляет G_вых = 378595,05 кг/ч. Для одного параллельного потока:

Для определения объёмного расхода эмульсии определяем плотность эмульсии на выходе, состоящей из 95% нефти и 5% воды:

Таким образом, абсолютная плотность эмульсии на выходе при 25^оС составляет . Объёмный расход эмульсии для одного потока на выходе:

Площадь поперечного сечения для прохода эмульсии:

где эквивалентный диаметр поперечного сечения для прохода эмульсии, м.

Диаметр отстойника D и эквивалентный диаметр связаны соотношением:

При и D = 3,4 м:

Скорость стеснённого осаждения капель воды рассчитывается на основе уравнения Стокса:

где – коэффициент, учитывающий стеснённость осаждения капель воды;

В – массовая доля воды в эмульсии;

d – диаметр капель воды, м;

плотность воды и нефти соответственно, кг/м³;

динамическая вязкость нефти, Па∙с.

Установлено, что диаметр капель воды в эмульсиях, предварительно обработанных деэмульгатором, составляет (300–350)∙10^-6 м. Примем d = 300∙10^-6 м.

Содержание воды в эмульсии на входе в отстойник составляет 31% масс., на выходе 5% масс. Среднее значение содержания воды в эмульсии в аппарате будет составлять:

% масс.

Или средняя доля воды В = 0,18

Определяем относительную плотность нефти при 25^оС:

Абсолютная плотность нефти .

Динамическая вязкость нефти при 25^оС рассчитана ранее (см. п. 12.8.1) и составляет .

Скорость осаждения капель воды:

Минимальная длина зоны отстоя:

Примем к установке отстойник типа ОГ-200 с характеристиками:

- объём V = 200 м³;

- внутренний диаметр D_в. = 3,4 м;

- внутренняя длина L_отс = 22,04 м.

Необходимое число аппаратов для обеспечения минимальной длины зоны отстоя:

Так как предварительно поток эмульсии был разбит на два, то общее количество необходимых отстойников составит:

При параллельном подключении всех девяти отстойников в каждый будет поступать следующее количество эмульсии:

Проверяем максимально возможную пропускную способность одного отстойника для обеспечения ламинарного режима:

Так как 0,0179 м³/с < 0,156 м³/с, т.е. < , следовательно, ламинарный режим движения эмульсии в отстойниках обеспечен.